(57)【要約】【課題】磁歪アクチュエータを作動する際に発生するコイルのジュール熱や磁歪素子の渦電流損失による発熱を起因とした磁歪素子の熱膨張変形を解消するとともに、可動部材と固定部材との非接触駆動が可能でありスムーズで応答性の良い制御を可能とした磁歪アクチュエータを提供する。【解決手段】磁歪素子２と可動軸７からなる変位発生手段と、該変位発生手段に磁界を印加するためのコイル３とコイルボビン４と永久磁石５からなる磁界印加手段と、前記変位発生手段と前記磁界印加手段を収納するケーシング１と、該ケーシングの少なくとも一部が前記変位発生手段とともに閉磁気回路を構成する磁気回路機構とを具備した磁歪アクチュエータにおいて、前記可動軸７を囲繞するケーシング１との間にリング状間隙１０を設け、該ケーシング１に前記リング状間隙１０へ開口する流体孔を設けて流体軸受を形成した。【選択図】図１
2007124812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪を有する磁性体を含む変位発生手段と、該変位発生手段に磁界を印加するための磁界印加手段と、前記変位発生手段と前記磁界印加手段を収納するケーシングと、該ケーシングの少なくとも一部が前記変位発生手段とともに閉磁気回路を構成する磁気回路機構とを具備した磁歪アクチュエータにおいて、
前記変位発生手段の少なくとも一部を可動軸で形成するとともに、該可動軸を囲繞する囲繞部材との間にリング状間隙を設け、前記囲繞部材に前記リング状間隙へ開口する流体孔を設けて流体軸受を形成したことを特徴とする磁歪アクチュエータ。
【請求項２】
前記リング状間隙の開口面積が前記流体孔の開口面積より大であることを特徴とする請求項１記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項３】
前記流体孔が前記リング状間隙の軸対称位置に複数設けられた流体孔群であることを特徴とする請求項１記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項４】
前記囲繞部材が磁気回路機構部材であることを特徴とする請求項１記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項５】
前記変位発生手段と前記磁界印加手段の間に形成された第１の空間と、前記磁界印加手段と前記ケーシングの間に形成された第２の空間を備え、該第１の空間と第２の空間の少なくとも何れか一方に偏流発生手段が設けられ、夫々の空間に均等に流体が通流するようにしたことを特徴とする請求項１記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項６】
前記磁界印加手段が前記変位発生手段の周囲を取囲むごとく設けられるとともに該変位発生手段に封じ部材が固定され、該封じ部材と前記ケーシングとの間に前記流体孔からの流体が供給される流体溝が設けられた磁歪アクチュエータであって、前記変位発生手段と前記磁界印加手段の間に形成された第１の空間と、前記磁界印加手段と前記ケーシングの間に形成された第２の空間を備え、これらの２つの空間が前記流体溝に連通するとともに、前記第１の空間の半径方向幅が前記第２の空間の半径方向幅よりも大となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項７】
前記変位発生手段と前記磁界印加手段の間に形成された第１の空間と、前記磁界印加手段と前記ケーシングの間に形成された第２の空間を備え、該第１の空間と第２の空間の略中間位置に流体を供給する流体溝が設けられたことを特徴とする請求項１記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項８】
前記磁気回路機構が、前記ケーシングと、前記変位発生手段と、該変位発生手段に固定された封じ部材と、前記ケーシングに固定され流体が通流する流体溝を介して前記封じ部材の延長線上に配設されたハウジングとから構成される場合に、前記ハウジングの厚さが前記変位発生手段の変位許容量以上の厚さとなるようにしたことを特徴とする請求項１記載の磁歪アクチュエータ。
【請求項９】
前記囲繞部材に対して前記磁界印加手段を挟んで反対側に位置するケーシング部位に流体排出孔を設けたことを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の磁歪アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部磁界の印加により生じる磁歪効果を利用して位置決めを行う磁歪アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微小位置決めシステムにおいてナノメートル、サブミクロンオーダでの要求がある。このような微小位置決めシステムでは、圧電効果や磁歪効果を利用したアクチュエータが利用されている。前者の圧電素子は現在幅広い分野で利用されている。一方後者の磁歪素子は、圧電素子に比べて発生応力が大きい、低電圧で駆動できる、キュリー温度が高いなどの利点があり注目されつつある。
磁歪アクチュエータは、磁歪素子に与える磁界を変化させると素子が変位する原理を利用しており、具体的には制御電流の供給で容易に磁界を制御できる磁気回路を有し、この磁気回路で発生させた磁界を磁歪素子に加えることで磁歪素子の変位を制御している。図４に磁歪と歪みの関係を示す。このとき、アクチュエータの発生変位の制御性を簡易にするために、制御磁界と発生変位との関係が線形部分となる磁界領域を使用するのが一般的な手法である。即ち、図５に示すように一定バイアス磁界を印加しておき、この状態で磁界の強さを制御することにより変位を制御する。
【０００３】
一般的な磁歪アクチュエータの構成を図６に示す。磁歪アクチュエータは、ケーシング１に内に設けられた磁歪素子２を備え、磁歪素子２の周辺には磁歪素子２を変位させるための駆動用磁界印加コイル３が設けられている。そしてコイル３に流す電流の向きおよび大きさによって磁界を制御している。また磁気バイアス印加用に永久磁石５、コイル３が設けられており、ケーシング１により閉磁気回路を構成している。磁歪素子２の材料としては、Ｎｉ系磁歪合金、Ｆｅ−Ａｌ系磁歪合金、フェライト系磁歪合金等が主に用いられており、さらにこれらの磁歪材料に比べて１桁以上大きな変位を発生する希土類金属−遷移金属系超磁歪合金も実用化されている。
ところで、磁歪素子２は伸縮軸方向に対して予め圧縮力を与えておいた方が、伸縮変位量が大きくなるが、圧縮力による面圧が適当な値で伸縮変位量が最大になり、それよりも大きいと伸縮変位量が減じてしまう。従って、一般的には圧縮ばね８などを用いて封じ部材６を介して磁歪素子２に予圧を与えて伸縮変位量を大きくする方法が採用されている。
【０００４】
上記したような磁歪アクチュエータの構成は、特許文献１（特開平４−６０２８５号公報）、特許文献２（実開平６−９１６１号公報）、特許文献３（特開平５−２８２０４４号公報）、特許文献４（特開平５−３４４７６７号公報）等に開示されている。
しかしながら、これらの磁歪アクチュエータでは、アクチュエータを作動する際に発生するコイルのジュール熱や磁歪素子の過電流損失による発熱を起因として、磁歪素子が熱膨張する惧れがある。このためサブミクロン、ナノメートルオーダでの位置決めを行う際に問題となる。この問題を解消するために特許文献２ではコイルと磁歪部材の間に冷却空間を形成し、該冷却空間を大気に開放させてコイルにて発生する熱をケーシング外に放出させる構成を提案している。また、特許文献３でもケーシングに放熱孔を形成して熱を放出する構成が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平４−６０２８５号公報
【特許文献２】実開平６−９１６１号公報
【特許文献３】特開平５−２８２０４４号公報
【特許文献４】特開平５−３４４７６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したような従来の磁歪アクチュエータでは、磁歪素子や可動軸からなる可動部材を支持する際に、該可動部材と固定部材とが微小間隙を介して接するようにしたすべり軸受方式を採用している。しかし、このような支持方法は軸と案内支持部材との間に固体摩擦抵抗を生じてしまい、スムーズで応答性の良い制御を行えないという問題があった。尚、特許文献４では静圧型エアーベアリングの構成が開示されているが、これはエアーベアリング自体に磁歪素子を使用してエアーベアリングのギャップを磁歪素子により制御することを目的としており、本発明の目的とは異なるものである。
また、磁歪素子の熱膨張の問題に対しては、特許文献２、３に記載される冷却機構が有効であるが、何れの場合もケーシング内に冷却空間を形成して、ケーシングに設けられた孔から外部に熱を放出する構成としており、この構成では冷却空間を冷却用流体が円滑に流れない場合には効率的に冷却が行われない惧れがある。
従って本発明においては、磁歪アクチュエータを作動する際に発生するコイルのジュール熱や磁歪素子の渦電流損失による発熱を起因とした磁歪素子の熱膨張変形を解消するとともに、可動部材と固定部材との非接触駆動が可能であり、スムーズで応答性の良い制御を可能とした磁歪アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、磁歪を有する磁性体を含む変位発生手段と、該変位発生手段に磁界を印加するための磁界印加手段と、前記変位発生手段と前記磁界印加手段を収納するケーシングと、該ケーシングの少なくとも一部が前記変位発生手段とともに閉磁気回路を構成する磁気回路機構とを具備した磁歪アクチュエータにおいて、
前記変位発生手段の少なくとも一部を可動軸で形成するとともに、該可動軸を囲繞する囲繞部材との間にリング状間隙を設け、前記囲繞部材に前記リング状間隙へ開口する流体孔を設けて流体軸受を形成したことを特徴とする。
本発明によれば、変位発生手段の一部材である可動軸と、該可動軸を囲繞する固定された囲繞部材との間において流体を用いた軸受を形成することにより、可動軸と囲繞部材との非接触駆動が可能となり、スムーズで応答性の良い制御が可能となる。また、流体軸受が、囲繞部材の流体孔からリング状間隙に向けて流体を噴出させ可動軸に衝突させる構成であるため、簡単な構成で以って流体軸受を形成することができるとともに、衝突流により可動軸を効果的に冷却することが可能である。
【０００８】
また、前記リング状間隙の開口面積が前記流体孔の開口面積より大であることを特徴とする。これにより、流体孔から噴出する流体の一部が円滑にケーシング内に流入し、また流体の噴出圧により確実に流体軸受を形成することが可能である。
さらに、前記流体孔がリング状間隙の軸対称位置に複数設けられた流体孔群であることを特徴とする。このように、複数の流体孔からなる流体孔群を軸対称位置に設けることによって、可動軸の外周囲に均一に流体が噴出し、可動軸の振動を抑制することが可能である。
さらにまた、前記囲繞部材が磁気回路機構部材であることを特徴とする。これにより、囲繞部材と変位発生部材とケーシングとにより磁気回路機構が構成されることとなり、ケーシング内部に冷却用の空間を設けた場合においても閉磁気回路を確実に形成することが可能である。
【０００９】
また、前記変位発生手段と前記磁界印加手段の間に形成された第１の空間と、前記磁界印加手段と前記ケーシングの間に形成された第２の空間を備え、該第１の空間と第２の空間の少なくとも何れか一方に偏流発生手段が設けられ、夫々の空間に均等に流体が通流するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、磁界印加手段であるコイル及び変位発生手段である磁歪素子の両方を効果的に冷却できる構造となるため、磁歪素子の熱膨張を防ぎ位置決め制御性の向上が図れる。
【００１０】
また、前記磁界印加手段が前記変位発生手段の周囲を取囲むごとく設けられるとともに該変位発生手段に封じ部材が固定され、該封じ部材と前記ケーシングとの間に前記流体孔からの流体が供給される流体溝が設けられた磁歪アクチュエータであって、前記変位発生手段と前記磁界印加手段の間に形成された第１の空間と、前記磁界印加手段と前記ケーシングの間に形成された第２の空間を備え、これらの２つの空間が前記流体溝に連通するとともに、前記第１の空間の半径方向幅が前記第２の空間の半径方向幅よりも大となるようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、流体溝から直線状に連通する第１の空間より、流体溝から屈曲して連通する第２の空間の半径方向幅を大とすることにより、第２の空間への流体の流れ難さが改善され２つの空間の流体流れがほぼ均等となり、磁界印加手段と変位発生手段の両方を効果的に冷却可能となる。
【００１１】
また、前記変位発生手段と前記磁界印加手段の間に形成された第１の空間と、前記磁界印加手段と前記ケーシングの間に形成された第２の空間を備え、該第１の空間と第２の空間の略中間位置に流体を供給する流体溝が設けられたことを特徴とする。
本発明によれば、磁界印加手段と変位発生手段の略中間位置に流体溝を設けることにより、２つの空間に通流する流体の流れがほぼ均等となり、磁界印加手段と変位発生手段の両方を効果的に冷却可能となる。
【００１２】
さらに、前記磁気回路機構が、前記ケーシングと、前記変位発生手段と、該変位発生手段に固定された封じ部材と、前記ケーシングに固定され流体が通流する流体溝を介して前記封じ部材の延長線上に配設されたハウジングとから構成される場合に、前記ハウジングの厚さが前記変位発生手段の変位許容量以上の厚さとなるようにしたことを特徴とする。これにより、変位発生手段とともに封じ部材が変位した場合においても、ハウジングが変位許容量以上の厚さを有することから閉磁気回路を確実に形成することができる。
さらにまた、前記囲繞部材に対して前記磁界印加手段を挟んで反対側に位置するケーシング部位に流体排出孔を設けたことを特徴とする。これにより、囲繞部材に形成された流体孔より流入した流体が、発熱部位である磁界印加手段を通過した後に流体排出孔より外部へ排出するため、発熱部位の円滑な冷却が可能となり、磁歪素子の熱膨張の低減が図れる。
【発明の効果】
【００１３】
以上記載のごとく本発明によれば、可動部材と固定部材が非接触となる流体軸受を備えた構成としたため、磁歪アクチュエータの伸縮にともなう固体摩擦の影響を受けることなく応答性を維持でき、制御性の向上が図れる。また、変位発生手段及び磁界印加手段を効果的に冷却できる構成としたため、磁歪素子の熱膨張変形を防止することができ、より一層の制御性向上が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施例１に係る磁歪アクチュエータの断面図、図２は図１の空気軸受の変形例を示す要部断面図、図３は本発明の実施例２に係る磁歪アクチュエータの断面図である。
【実施例１】
【００１５】
図１に本発明の実施例１に係る磁歪アクチュエータの断面図を示す。本実施例１において磁歪アクチュエータは、ケーシング１と、該ケーシング１内に収容された変位発生部及び磁界印加部と、ケーシング１の少なくとも一部と前記変位発生部とともに閉磁気回路を構成する磁気回路機構と、を主要構成とする。
ケーシング１は純鉄、パーマロイなどの高透磁率材により構成されている。
変位発生部は、磁歪素子２と、該磁歪素子２の軸方向の一端側に連結された可動軸７と、該可動軸７に固定された封じ部材７と、から構成されている。磁歪素子２は磁歪量が大きく、磁気異方性定数がゼロに近いＴｂ（テルビウム）Ｄｙ（ジスプロシウム）Ｆｅ（鉄）などが好ましい。磁歪素子２に予圧を与える場合は、ケーシング１内面と封じ部材７の間に圧縮ばね８を介装する。このとき、圧縮ばね８の負荷量は１０×１０６Ｎ／ｍ２程度が好ましい。
【００１６】
磁界印加部は、磁歪素子２に対して駆動方向に磁界を印加するコイル３と、該コイル３を固定するコイルボビン４と、磁歪素子２の両端側に配置され磁気バイアスを印加する永久磁石５とによって構成される。コイル３は磁歪素子２を中心として該磁歪素子２の一端側から多端側に亘って所定の空隙をあけて配置された多層一様巻き構造になっており、該コイル３にて形成した磁界によって磁歪素子２及び可動軸７を変位させる。コイルボビン４は非磁性材料である樹脂やアルミニウムで形成されている。
磁気回路機構は、ケーシング１、磁歪素子２、永久磁石５、可動軸７からなり、これらがコイル３による閉磁気回路を構成している。この構成では、可動軸７を囲繞する囲繞部材、即ち可動軸７周囲のケーシング１も磁気回路機構の一部となる。
また別の磁気回路機構として、ケーシング１、磁歪素子２、永久磁石５、封じ部材６からなる閉磁気回路とすることもできる。この場合、可動軸７を囲繞する囲繞部材は磁気回路機構に該当しない。
【００１７】
また、本実施例の特徴的な構成として、可動軸７の軸受に流体軸受を用いた構成としている。尚、本実施例では流体軸受として、流体に圧縮空気を用いた空気軸受につき説明するが、これに限定されるものではなく他の流体を用いる構成としてもよい。
空気軸受は、可動軸７と該可動軸７を囲繞するケーシング１との間に形成されたリング状間隙１０に設けられる。リング状間隙１０に対面するケーシング面には、該リング状間隙１０に開口する空気孔が設けられている。またケーシング１内には該空気孔に連通する空気供給路９が設けられている。圧縮空気は、空気供給路９を通流して空気孔よりリング状間隙１０に噴出し、可動軸７に略直角方向に衝突して該可動軸７を非接触にて支持するようになっている。空気孔は、圧縮空気が可動軸７の外周囲に均一に噴出するように構成される。該空気孔が複数設けられる場合には、可動軸７に対して軸対称に配置されることが好ましい。さらに、本構成において、リング状間隙１０の開口面積が空気孔の開口面積より大きくなるようにする。これにより、流体孔から噴出する流体の一部が円滑にケーシング１内に流入し、また流体の噴出圧により確実に流体軸受を形成することが可能となる。
【００１８】
空気軸受は、流体流れが層流であっても乱流であってもよいが、層流とした場合には可動軸７が振動や騒音を起こすことなく、制御性を高めることができる。
また、空気軸受は図２に示されるように、可動軸７の外周囲に螺旋状溝７ａを設けて、該可動軸７に衝突した圧縮空気が旋回するようにしてもよい。これにより、可動軸７へ均等な空気圧が付与され、空気軸受の振動やぶれを防ぎ、安定して可動軸７を支持することが可能となる。さらにまた、ケーシング１に設けられた空気孔に絞りを設けてもよい。空気軸受における絞りは、バランスを考慮したものであればその種類、数を規定しない。絞りの例としては、自成絞り、オリフィス絞り、多孔質絞り等が挙げられるが、特に多孔性焼結体等により形成した多孔絞りが好ましく、これにより圧縮空気を可動軸７に均一に噴出させることができる。
【００１９】
さらに本実施例は、磁歪アクチュエータを作動する際に発生するコイル３のジュール熱や磁歪素子２の渦電流損失による発熱を起因とした熱膨張変形を解消する構成を有する。
ここで、一例として磁歪素子の全長Ｌに対し、α／℃程度の線膨張係数を有する磁歪素子２を用いた場合、磁歪素子２の周囲の温度がｔ℃上昇すると、磁歪素子２はＬ×α×ｔだけ熱膨張することになる。一般的に磁歪素子２は鉄系材料が含まれているために熱膨張係数αが大きい。本実施例では、この熱膨張対策として、流体によってコイル３と磁歪素子２を冷却する冷却機構を有している。
【００２０】
冷却機構は、前記空気孔より流入する圧縮空気が、コイル３及び磁歪素子２の少なくとも何れか一方の表面を流れる空間と、圧縮空気が排出される空気排出孔１１からなる。
好ましくは、コイル３（コイルボビン４）と磁歪素子２の間の第１の空間と、コイル３とケーシング１の間の第２の空間を設け、この両方の空間の経路ＡとＢに空気が通流するように構成する。さらに好ましくは、空気排出孔１１は空気孔に対してコイル３を挟んで反対側のケーシング部位に設ける。
空気供給路９を通って空気孔よりリング状間隙１０に噴出した空気の少なくとも一部は、ケーシング１と封じ部材６の隙間である空気溝１３から第１の空間及び第２の空間に流入する。該流入した空気は、経路ＡとＢを通流して空気排出孔１１より外部へ排出される。
本構成とすることにより、ケーシング内の空気の流れが得られ、コイル３及び磁歪素子２の高い冷却効果が得られる。従って、コイル３のジュール熱や磁歪素子２の渦電流損失による発熱を起因とした磁歪素子２の熱膨張変形を解消することができ、磁歪アクチュエータにおける制御性の向上が図れる。
【００２１】
また、本実施例１において、コイル３（コイルボビン４）と磁歪素子２の間の第１の空間と、コイル３とケーシング１の間の第２の空間を設け、この両方の空間の経路ＡとＢに空気が通流するように構成した場合に、少なくとも何れかの空間に偏流発生手段を配設することが好適である。
偏流発生手段は、経路Ａ及び／又は経路Ｂ上に設けられ、経路ＡとＢに空気を均等に通流させる機能を有する。偏流発生手段としては、空気流量が大きい側の経路にオリフィスを設けて２つの経路の空気流量を均等にする手段、経路Ａ及び／又は経路Ｂ上に強制的に空気流れを決定する強制流れ板を設けて２つの経路の空気流量を均等にする手段、或いは空気排出孔１１からの空気引き出し量を調整して２つの経路の空気流量を均等にする手段などが挙げられる。
【００２２】
さらに、本実施例１において、コイル３（コイルボビン４）と磁歪素子２の間の第１の空間と、コイル３とケーシング１の間の第２の空間を設け、この両方の空間にて形成される経路ＡとＢに空気が通流するように構成した場合に、第１の空間の半径方向幅が第２の空間の半径方向幅よりも大となるように夫々を配置することが好適である。即ち、コイル３（コイルボビン４）と磁歪素子２の離間距離が、コイル３とケーシング１の離間距離よりも大となるようにする。これにより経路Ｂへの流体の流れ難さが改善され経路ＡとＢに流体が均等に通流し、コイル３と磁歪素子２の両方を効果的に冷却可能となる。
【００２３】
さらに、本実施例１では、経路ＡとＢの流体流れが層流となるように、レイノルズ数が２０００〜３０００となるように設定することが好ましい。レイノルズ数ＲｅはＲｅ＝（ρｖｄ／μ）で表すことができる。
ここでρ：流体の密度ｖ：隙間の流速、ｄ：隙間の直径、μ：流体の粘度である。ここでレイノルズ数から分子が規則正しく一定の層をなして流れている層流から無数の不規則な渦をともなう乱流の変わり目の目安となる臨界レイノルズは約２３２０になることが分かっている。尚、この臨界レイノルズ数はあくまで目安に過ぎず、実際には２０００〜３０００程度のばらつきがあると考えられる。本実施例では流体として圧縮空気を用いるが空間内の流速は圧縮圧力がパラメータとなり、空間の長さは設計により既知であるので、レイノルズ数の概算は計算によって求められる。レイノルズ数を上記範囲内に設定するためには、空気圧若しくは空間容積を調整するとよい。
【実施例２】
【００２４】
図３に本実施例２に係る磁歪アクチュエータの断面図を示す。尚、本実施例２において前記実施例１と同様の構成についてはその詳細な説明を省略する。
本実施例２において磁歪アクチュエータは、ケーシング１と、該ケーシング１内に収容された変位発生部及び磁界印加部と、ケーシング１の少なくとも一部と前記変位発生部とともに閉磁気回路を構成する磁気回路機構と、を主要構成とする。変位発生部は、磁歪素子２と、該磁歪素子２の軸方向の一端側に連結された可動軸７と、該可動軸７に固定された封じ部材７と、から構成されている。磁歪素子２に予圧を与える場合は、ケーシング１内面と封じ部材７の間に圧縮ばね８を介装する。磁界印加部は、磁歪素子２に対して駆動方向に磁界を印加するコイル３と、該コイル３を固定するコイルボビン４と、磁歪素子２の両端側に配置される永久磁石５とによって構成される。磁気回路機構は、ケーシング１、磁歪素子２、永久磁石５、可動軸７からなり、これらがコイル３による閉磁気回路を構成している。即ち、可動軸７を囲繞する囲繞部材も磁気回路機構の一部となる。また別の磁気回路機構として、ケーシング１、磁歪素子２、永久磁石５、封じ部材６からなる閉磁気回路とすることもできる。この場合、可動軸７を囲繞する囲繞部材は磁気回路機構に該当しない。
【００２５】
本実施例２の磁歪アクチュエータにおいても、実施例１と同様に空気軸受及び冷却機構を備える構成とする。
冷却機構は、空気孔より流入する圧縮空気が、コイル３及び磁歪素子２の少なくとも何れか一方の表面を流れる空間と、圧縮空気が排出される空気排出孔１１からなる。好ましくは、コイル３（コイルボビン４）と磁歪素子２の間の第１の空間と、コイル３とケーシング１の間の第２の空間を設け、この両方の空間の経路ＡとＢに空気が通流するように構成する。さらに好ましくは、空気排出孔１１は空気孔に対してコイル３を挟んで反対側のケーシング部位に設けられる。
【００２６】
さらに本実施例２の特徴的な構成として、実施例１では空気が封じ部材６とケーシング１の間を通って経路ＡとＢに流入する構成であったが、本実施例２では封じ部材６を短くし、経路ＡとＢの略中間位置に空気を流入させる空気溝１３を設けた構成としている。
空気溝１３は、可動軸７に固定された封じ部材６と、ケーシングに固定されたハウジング１２により形成される。ハウジング１２は、空気溝１３を介して封じ部材６の延長線上に配設される。
このとき、磁界印加手段である磁歪素子２の直径と変位発生手段であるコイル３の直径の差分の約１／２となる部分に空気溝１３を位置させることが好ましく、これにより流体の流れが略均等に磁歪素子表面とコイル表面に流れるため、磁歪素子２の熱膨張の低減が図れる。
本構成により、経路Ａでは磁歪素子２とコイルボビン４の隙間を圧縮空気が流れ、磁歪素子２とコイルボビン４を冷却する。経路Ｂではコイル３表面の冷却を行う。このように、主な熱源であるコイル３のみならず磁歪素子２表面を直接冷却することで、効果の大きい熱膨張対策となっている。
【００２７】
空気溝１３付近のギャップについて注目すると、永久磁石５−封じ部材６−ケーシング２−永久磁石５−磁歪素子２により閉磁気回路を形成する場合には、空気溝１３のギャップは磁気抵抗の観点からできるだけ狭くすることが望ましい。さらにこの場合において、ハウジング１２の厚みを封じ部材６の変位許容範囲の厚みと同等若しくはこの厚みより大きくすることが好適である。これにより、封じ部材６が可動軸７とともに変位した場合であっても、確実に閉磁気回路を保持することができる。尚、閉磁気回路を可動軸７−ケーシング１、若しくは封じ部材６−ハウジング１２−ケーシング１で形成する場合には、各部品において透磁率の大きい材料を用いれば、特に変位に伴う閉磁気回路の問題はない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１に係る磁歪アクチュエータの断面図である。
【図２】図１の空気軸受の変形例を示す要部断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る磁歪アクチュエータの断面図である。
【図４】磁歪アクチュエータの特性を示すグラフである。
【図５】バイアス磁界を印加した場合の磁歪アクチュエータの特性を示すグラフである。
【図６】従来の磁歪アクチュエータの断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    ケーシング
２    磁歪素子
３    コイル
４    コイルボビン
５    永久磁石
６    封じ部材
７    可動軸
８    圧縮ばね
９    空気溝
１０  リング状間隙
１１  空気排出孔
１２  ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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